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太阳E10.7指数的反演及预报方法研究

雷蕾 钟秋珍 王晶晶 师立勤 苗娟

雷蕾, 钟秋珍, 王晶晶, 师立勤, 苗娟. 太阳E10.7指数的反演及预报方法研究[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2022.06.211026107
引用本文: 雷蕾, 钟秋珍, 王晶晶, 师立勤, 苗娟. 太阳E10.7指数的反演及预报方法研究[J]. 空间科学学报. doi: 10.11728/cjss2022.06.211026107
LEI Lei, ZHONG Qiuzhen, WANG Jingjing, SHI Liqin, MIAO Juan. Research on the Autoregressive Prediction Method of E10.7 index (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11728/cjss2022.06.211026107
Citation: LEI Lei, ZHONG Qiuzhen, WANG Jingjing, SHI Liqin, MIAO Juan. Research on the Autoregressive Prediction Method of E10.7 index (in Chinese). Chinese Journal of Space Science, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11728/cjss2022.06.211026107

太阳E10.7指数的反演及预报方法研究

doi: 10.11728/cjss2022.06.211026107
详细信息
    作者简介:

    钟秋珍:E-mail:zhongqz@nssc.ac.cn

  • 中图分类号: P353

Research on the Autoregressive Prediction Method of E10.7 index

  • 摘要: 针对高层大气密度预报和轨道预报业务中对新型太阳紫外辐射指数E10.7的需求,基于TIMED-SEE观测仪器提供的0.1~105 nm太阳辐射强度数据,开展了E10.7指数反演和中期预报研究。 E10.7指数是太阳光谱中波长为0.1~105 nm的辐射流量,单位与F10.7指数相同(sfu,1 sfu=10–22 W·m–2·Hz–1)。 TIMED-SEE观测仪器提供的0.1~105 nm太阳辐射强度实测值具有高时间分辨率、延迟时间短和易获得的优势,利用最小二乘法拟合可反演出准实时的E10.7指数,均方根误差为5.445 sfu。利用高阶自回归模型对E10.7的中期预报效果尚佳,未来27天的预报值平均相对误差为7.83%。利用同样方法还开展了E10.7指数81天中心滑动平均值未来27天预报试验,未来27天的预报值平均相对误差仅为3.63%。

     

  • 图  1  2002年2月7日至2006年6月30日的ETSE10.7(红色点为异常数据)

    Figure  1.  Time series plot of ETS and E10.7 from 7 February 2002 to 30 June 2006 (The red points are abnormal)

    图  2  2002年2月7日至2006年6月30日NOAA发布的E10.7ETS日均值关系。R为二者的线性相关系数,RMSE为线性拟合均方根误差,红色实线为线性拟合结果

    Figure  2.  Relationship between E10.7 and ETS daily average values from 7 February 2002 to 30 June 2006. The R is the linear correlation coefficient, The RMSE is the root mean square error of linear fitting, and the red solid line is the result of linear fitting

    图  3  2002年2月7日至2006年6月30日NOAA发布的E10.7日均值、利用式(3)计算的E10.7数据及滑动拟合得到的E10.7数据

    Figure  3.  Time series plot of E10.7 of NOAA, calculation of Eq.(3),and obtained by sliding window linear fitness from 7 February 2002 to 30 June 2006

    图  4  2002年2月7日至2006年6月30日的T10.7的自相关(a)和偏自相关(b)结果(红色点为相关系数为0的点)

    Figure  4.  Autocorrelation function (a) and the partial autocorrelation function (b) of T10.7 from 7 February 2002 to 30 June 2006 (Red dot is the point with the correlation coefficient of 0)

    图  5  2005年5月20日预报与观测的E10.7E81Ct为距2005年5月20日的天数,负值为距2005年5月20日的历史天数

    Figure  5.  Time series plot of E10.7 and E81C that are predicted and observed on 20 May 2005. Positive values in abscissa are the numbers of days after 20 May 2005, the negative values in abscissa are the numbers of days before 20 May 2005

    图  6  2005年5月1日预报与观测的E10.7E81Ct为距离2005年5月1日的天数,负值为距2005年5月1日的历史天数

    Figure  6.  Time series plot of E10.7 and E81C that are predicted and observedon 1 May 2005. Positive values in abscissa are the numbers of days after 1 May 2005, the negative values in abscissa are the numbers of days before 20 May 2005

    图  7  模型预测未来27天E10.7E81C的平均逐日相对误差

    Figure  7.  Average daily relative error of E10.7 and E81C that are predicted in the next 27 days

    表  1  2002年2月7日至2006年6月30日X级耀斑

    Table  1.   X class solar flares from 7 February 2002 to 30 June 2006

    日期
    (年-月-日)
    峰值时刻(UT)耀斑等级日期(年-月-日)峰值时刻
    (UT)
    耀斑
    等级
    2002-04-2101:51X1.52003-11-0419:50X28.0
    2002-05-2015:27X2.12004-02-2602:03X1.1
    2002-07-0302:13X1.52004-07-1501:41X1.8
    2002-07-1520:08X3.02004-07-1518:24X1.6
    2002-07-1807:44X1.82004-07-1602:06X1.3
    2002-07-2021:30X3.32004-07-1610:41X1.1
    2002-07-2300:35X4.82004-07-1613:55X3.6
    2002-08-0319:07X1.02004-07-1707:57X1.0
    2002-08-2105:34X1.02004-08-1318:12X1.0
    2002-08-2401:12X3.12004-08-1817:40X1.8
    2002-08-3013:29X1.52004-10-3011:46X1.2
    2002-10-3116:52X1.22004-11-0716:06X2.0
    2003-03-1719:05X1.52004-11-1002:13X2.5
    2003-03-1812:08X1.52005-01-0100:31X1.7
    2003-05-2723:07X1.32005-01-1500:43X1.2
    2003-05-2800:27X3.62005-01-1523:02X2.6
    2003-05-2901:05X1.22005-01-1709:52X3.8
    2003-06-0921:39X1.72005-01-1908:22X1.3
    2003-06-1100:02X1.32005-01-2007:01X7.1
    2003-06-1120:14X1.62005-07-141055X1.2
    2003-06-1523:56X1.32005-07-300635X1.3
    2003-10-1916:50X1.12005-09-0717:40X17.0
    2003-10-2308:35X5.42005-09-0821:06X5.4
    2003-10-2320:04X1.12005-09-0903:00X1.1
    2003-10-2606:54X1.22005-09-0909:59X3.6
    2003-10-2618:19X1.22005-09-0920:04X6.2
    2003-10-2811:10X17.22005-09-1016:43X1.1
    2003-10-2920:49X10.02005-09-1022:11X2.1
    2003-11-0217:25X8.32005-09-1319:27X1.5
    2003-11-0301:30X2.72005-09-1323:22X1.7
    2003-11-0309:55X3.92005-09-1508:38X1.1
    注:数据由美国国家海洋和大气管理局国家地球物理数据中心准备并提供。
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    表  2  测试集的E10.7E81C预报误差

    Table  2.   Predicted error of E10.7 and E81C of all test sets

    预报相对误差平均值/(%)最大值/(%)最小值/(%)
    E10.77.8315.082.40
    E81 C3.6310.100.29
    下载: 导出CSV
  • [1] WOODS T N. Recent advances in observations and modeling of the solar ultraviolet and X-ray spectral irradiance[J]. Advances in Space Research, 2008, 42(5): 895-902 doi: 10.1016/j.asr.2007.09.026
    [2] EVANS J V. The Sun’s influence on the earth’s atmosphere and interplanetary space[J]. Science, 1982, 216(4545): 467-474
    [3] DONNELLY R. Gaps between Solar UV and EUV radiometry and atmospheric sciences[C]//Solar Radiative Output Variation, Cambridge Research and Instrumentation. Boulder, 1988: 139-145
    [4] KOCKARTS G. Effects of solar variations on the upper atmosphere[M]//DOMINGO V. Physics of Solar Variations. Dordrecht: Springer, 1981: 295-320.
    [5] ROBLE R G, RIDLEY E C, DICKINSON R E. On the global mean structure of the thermosphere[J]. Journal of Geophysical Research, 1987, 92(A8): 8745-8758 doi: 10.1029/JA092iA08p08745
    [6] TOBISKA W K. Validating the Solar EUV Proxy, E10.7[J]. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2001, 106(A12): 29969-29978 doi: 10.1029/2000JA000210
    [7] STORZ M F, BOWMAN B R, BRANSON M J I, et al. High accuracy satellite drag model (HASDM)[J]. Advances in Space Research, 2005, 36(12): 2497-2505 doi: 10.1016/j.asr.2004.02.020
    [8] TOBISKA W K, BARTH C A. A solar EUV flux model[J]. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 1990, 95(A6): 8243-8251 doi: 10.1029/JA095iA06p08243
    [9] TOBISKA W K, WOODS T, EPARVIER F, et al. The SOLAR2000 empirical solar irradiance model and forecast tool[J]. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2000, 62(14): 1233-1250 doi: 10.1016/S1364-6826(00)00070-5
    [10] 汪宏波, 赵长印. 不同太阳辐射指数对大气模型精度的影响分析[J]. 中国科学 G辑: 物理学 力学 天文学, 2009, 52(7): 1120-1128

    WANG HongBo, ZHAO ChangYin. Effects of various solar indices on accuracy of earth's thermospheric neutral density models[J]. Science in china series g-physics mechanics & astronomy, 2009, 52(7): 1120-1128
    [11] 范磊, 韦飞, 符养, 等. 双通道辐射量计算太阳极紫外辐射E10.7指数方法初探[J]. 空间科学学报, 2013, 33(4): 403-409 doi: 10.11728/cjss2013.04.403

    FAN Lei, WEI Fei, FU Yang, et al. Use double channel solar irradiance flux to compute the E10.7 index[J]. Chinese Journal of Space Science, 2013, 33(4): 403-409 doi: 10.11728/cjss2013.04.403
    [12] WOODS T N, BAILEY S, EPARVIER F G, et al. TIMED solar EUV experiment[J]. Physics and Chemistry of the Earth, Part C:Solar, Terrestrial & Planetary Science, 2000, 25(5/6): 393-396
    [13] WOODS T N, EPARVIER F G, BAILEY S M, et al. Solar EUV Experiment (SEE): Mission overview and first results[J]. Journal of Geophysical Research: Space Physics, 2005, 110(A1): A01312
    [14] 刘四清, 钟秋珍, 温靖, 等. 太阳10.7 cm射电流量中期预报模型研究(I)[J]. 空间科学学报, 2010, 30(3): 1-8 doi: 10.11728/cjss2010.01.001

    LIU Siqing, ZHONG Qiuzhen, WEN Jing, et al. Model research of 10.7 cm solar radio flux 27-day forecast (I)[J]. Chinese Journal of Space Science, 2010, 30(3): 1-8 doi: 10.11728/cjss2010.01.001
    [15] 丁裕国, 江志红. 气象数据时间序列信号处理[M]. 北京: 气象出版社, 1998

    DING Yuguo, JIANG Zhihong. Time Series Signal Processing of Meteorological Data[M]. Beijing: China Meteorological Press, 1998
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-10-25
  • 录用日期:  2022-03-09
  • 修回日期:  2022-04-19
  • 网络出版日期:  2022-11-16

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